锆合金管表面Cr涂层的室温与高温拉伸性能研究

发布时间：2021-01-01 20:43

　　为深入研究Cr涂层对锆合金包壳管力学行为的影响,采用电弧离子镀膜技术在锆合金包壳表面制备了厚度为15,25,35μm的Cr涂层,利用室温与400℃拉伸试验,对比了不同厚度涂层在室温和高温下的拉伸性能;通过涂层断口及表面微观形貌表征和EBSD微观组织分析,阐述了温度及涂层厚度对Cr涂层开裂和塑性变形行为的影响机制。结果表明:随涂层厚度增加包壳管屈服强度和抗拉强度增加但延伸率下降。与室温拉伸相比,高温下涂层厚度与包壳管拉伸性能的相关性降低。室温下,涂层呈脆性断裂,塑性较差,表面生成环向裂纹,且裂纹数量随厚度增加而增加;高温下,涂层滑移所需临界分切应力降低,晶粒发生更大程度的变形和取向变化,伴随多个滑移系开动后的交滑移行为,涂层塑性显著提升,不同厚度的涂层表面均无裂纹生成。 

【文章来源】：材料保护. 2020年07期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

EBSD分析用管材试样方向示意

图1为无涂层及不同厚度涂层室温与400℃下的拉伸应力-应变曲线。总体上，Cr涂层未改变锆合金包壳的弹塑性应变特征，各试样随应力增加均经历了弹性变形和塑性变形阶段。与室温拉伸相比，400℃下各试样屈服强度与抗拉强度降低，延伸率升高。表1为各试样对应的拉伸性能数据。值得注意的是，涂层对锆合金包壳管的强度与延伸率造成一定影响，其中对延伸率的影响较为明显。室温下，有涂层试样屈服和抗拉强度均高于无涂层的，但延伸率下降。随涂层厚度增加，延伸率单调降低，35μm试样延伸率降幅最大，达3.5%;屈服和抗拉强度在25μm时达最大值，分别比无涂层试样增加1.4%和3.8%，随后降低。400℃下，涂层对包壳管拉伸性能的影响趋势与室温一致，表现为屈服和抗拉强度的提升和延伸率的下降。不同之处在于，涂层厚度对强度和延伸率的影响更加显著，35μm试样屈服与抗拉强度达最大值，分别比无涂层试样提升2.4%和12.7%;25μm试样延伸率下降最多，约7.5%。总体而言，较薄的15μm试样对包壳拉伸性能影响最小。

图3为无涂层及不同厚度涂层试样室温与400℃拉伸断裂后的宏观形貌。由于拉伸试验在空气气氛中进行，高温下无涂层包壳管表面发生了锆合金的氧化变色，而有涂层试样则保持了Cr金属原有的银白色金属光泽。室温与高温拉伸断裂后，断口附近涂层与基体均结合紧密，未发生涂层的脱落，表现出优异的膜基结合力。室温下涂层表面形成了环向裂纹，而400℃下无肉眼可见裂纹，且断口附近颈缩更加明显。图4、图5分别为不同厚度涂层试样室温与400℃拉伸试验后断口与断口侧面的微观形貌。由图4可见，室温与高温下，锆基体均表现为典型的韧性断裂，断口内形成大量韧窝。涂层的室温与高温断裂行为则表现出明显差别。

【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理工艺与合金成分对国产新锆合金拉伸性能及显微组织的影响[J]. 陈乐,杨忠波,邱军,梁波,李卫军,洪晓峰,王练.  核动力工程. 2017(06)
[2]拉伸时应变-位移关系研究[J]. 陈乐,梁波,陈新,戴训.  核动力工程. 2012(S2)



本文编号：2951962